工业化生物制氢菌种连续流培养及生物制氢系统强化方法

技术领域

本发明涉及一种氢气的制备方法。

背景技术

石油、煤炭和天然气等不可再生的化石能源由于人类的大量开采而消耗殆尽，人类的可持续发展迫切需要开发可再生的后续能源。随着人们对社会的可持续发展和环境保护认识的深入，开发清洁的可再生能源已成为人类的迫切需求。氢气由于其清洁、高效、可再生、资源丰富、便于贮存和运输等突出的优点而在能源界倍受青睐，被认为是21世纪之后构成世界能源体系的重要支柱。在未来的世界能源系统之中，氢能将发挥着举足轻重的作用，近年来氢气的开发和利用受到人们的普遍重视。利用生物技术制取氢气已成为当今世界各国竞相研发的一种高新技术。比如有机废水发酵法生物制氢技术，利用两相厌氧废水的生物处理工艺制取氢气，将生物制氢和高浓度的有机废水处理相结合，在有效治理有机废水的同时可回收大量的清洁能源物质——氢气。发酵法生物制氢虽然取得了一定的成效，但还处于实验室阶段，制氢的方法还比较原始，制氢的生产规模较小，还不能工业化大批量生产氢气。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的制氢方法还比较原始，制氢的生产规模较小，还不能工业化大批量生产氢气的问题，提供一种工业化生物制氢菌种连续流培养及生物制氢系统强化方法。本发明具有显著提高产氢能力、降低成本、提高运行稳定性和改善发酵菌群结构的特点。本发明是通过以下步骤实现的：一、将细胞浓度为5×10⁹个/L的产氢菌菌液，以1％的体积比例接种到菌种营养液中，置于恒温气浴振荡器中，振荡器的转动速度为120转/分，温度控制在34～36℃，培养20～30小时，获得一级扩大培养的菌种样品；二、将一级扩大培养的菌种细胞悬浮液以1～3％的体积比接种到含有灭菌液体营养液的发酵罐中进行二级扩大培养，发酵罐内部的温度控制在34～36℃，搅拌速度为120转/分，产氢菌种在发酵罐中培养40～50小时后开始连续培养和连续投加；三、在两个有效容积为0.5m³的补料罐中加入补料用营养液，两个补料罐交替运行，向菌种发酵罐连续补料，以便保证产氢菌种的连续生产；四、利用补料泵将营养液以连续流方式从补料罐中泵入到发酵罐中，以保证菌种培养基质的连续供给，营养液补加速率为0.5d^-1；五、发酵罐中连续培养的菌种通过计量泵以连续流方式投加到运行的发酵生物制氢反应设备中，投加量与菌种发酵罐的营养液补加速率相同。以上所有步骤中所述的营养液都与步骤一所述的营养液成分相同。本发明所述的产氢菌种为哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为CGMCC No.1152。该菌株的16S rRNA基因序列GenBank注册号为AY675965，16S-23S rRNA间隔区序列注册号为AY556390。菌株YUAN-3为专性厌氧杆菌，代谢特征为乙醇发酵，最大比产氢速率为22.6mmolH₂/gdrycell·h，单位体积产氢速率为1568.0mL/L培养液。(详见发明专利申请公开说明书，公开号为CN1624109A、公开日为2005年6月8日、发明名称为“自絮凝产氢细菌及其筛选方法”)。本发明的有益效果是：以高效产氢菌种“YUAN-3”作为工业化生物制氢系统强化的菌种，这种菌种为从生物制氢反应设备中分离到的产氢能力较高的新菌种。YUAN-3最大比产氢速率为22.6mmolH₂/gdrycell·h。利用高效产氢菌种进行生物强化提高原有生物制氢设备的产氢能力。采用了菌种的连续流培养、连续投加的生物强化方法，可持续提高产氢能力，适用于生物制氢工业化生产，单位反应器有效容积的产氢能力可提高15％～30％。本发明具有显著提高产氢能力、降低成本、提高运行稳定性和改善发酵菌群结构的优点。